有軌電車列車-嵌入式軌道動(dòng)態(tài)相互作用研究.pdf

1、有軌電車經(jīng)歷了興起-衰落-復(fù)興的階段。由于有軌電車具有廣泛的適用性及建設(shè)靈活性，可以滿足不同城市、不同區(qū)域、不同運(yùn)量對(duì)軌道交通的不同需求，我國(guó)目前有25個(gè)?。▍^(qū)、市）的72座城市提出了建設(shè)現(xiàn)代有軌電車線路的發(fā)展規(guī)劃，超過(guò)40座城市已經(jīng)開展了現(xiàn)代有軌電車的路網(wǎng)規(guī)劃工作，規(guī)劃線路達(dá)到50條以上，規(guī)劃里程高達(dá)1300多公里，總投資將超過(guò)3000億元。但是，現(xiàn)代有軌電車在我國(guó)剛剛興起，還缺乏相關(guān)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)的理論研究成果支撐。為保證現(xiàn)

2、代有軌電車在我國(guó)的健康快速發(fā)展，急需對(duì)現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)開展深入的理論和試驗(yàn)研究。因此，對(duì)有軌電車列車-嵌入式軌道耦合動(dòng)力學(xué)性能研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文主要開展了以下幾方面的研究工作:
　　(1)論文首先簡(jiǎn)要回顧了國(guó)內(nèi)外有軌電車的發(fā)展和有軌電車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的歷史與現(xiàn)狀，明確了有軌電車列車-嵌入式軌道耦合動(dòng)力學(xué)研究的意義和研究方向。
　　(2)基于車輛-軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和有限元方法，建立了比較完善的有軌

3、電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。模型中，列車簡(jiǎn)化為96自由度的多剛體動(dòng)力系統(tǒng)，車間鉸接機(jī)構(gòu)采用動(dòng)力學(xué)約束建模，車間減振器采用空間非線性阻尼單元模擬;利用Timoshenko梁模擬連續(xù)彈性支承基礎(chǔ)上的槽型軌，采用三維實(shí)體有限元單元模擬軌道板，鋼軌填充材料用三維粘彈性彈簧-阻尼單元模擬，嵌入式道床板底部的自密實(shí)混凝土支撐簡(jiǎn)化為等效的彈簧-阻尼單元，不考慮路基的影響;車輛與鋼軌間通過(guò)非線性的輪軌關(guān)系耦合，采用跡線法和最小距離法確定輪軌

4、接觸幾何關(guān)系;采用Hertz非線性彈性接觸理論求解輪軌法向力，采用沈氏理論確定輪軌切向力。通過(guò)仿真計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比分析，驗(yàn)證了有軌電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性與可靠性。
　　(3)歸納總結(jié)了國(guó)內(nèi)外適用于有軌電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力性能評(píng)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo);介紹了國(guó)內(nèi)嵌入式軌道綜合試驗(yàn)段上有軌電車與新型嵌入式軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)情況，初步分析與評(píng)估了試驗(yàn)車輛與軌道的動(dòng)力學(xué)性能;基于有軌電車列車-

5、嵌入式軌道耦合動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，對(duì)有軌電車列車-嵌入式軌道耦合振動(dòng)的基本特性進(jìn)行了計(jì)算分析。
　　(4)應(yīng)用有軌電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型，從軌道幾何不平順敏感波長(zhǎng)及安全限值兩方面入手對(duì)嵌入式軌道結(jié)構(gòu)的不平順控制策略進(jìn)行研究，系統(tǒng)調(diào)查軌道幾何不平順對(duì)有軌電車動(dòng)力學(xué)性能的影響規(guī)律，提出了有軌電車運(yùn)行安全性和運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)的軌道幾何不平順敏感波長(zhǎng)分別為1～20m和1～40m，以及方向、軌距、高低、水平和扭曲5種軌道幾何不

6、平順安全限值，為現(xiàn)代有軌電車線路的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修提供較為系統(tǒng)的理論依據(jù)。
　　(5)基于軌道交通的典型輪軌傷損現(xiàn)象，建立了車輪擦傷、鋼軌焊接不平順、鋼軌波磨3種典型的輪軌傷損分析模型，系統(tǒng)地調(diào)查了車輪擦傷、鋼軌焊接不平順及鋼軌波磨3種典型的輪軌異常磨損形式對(duì)有軌電車列車-嵌入式軌道系統(tǒng)耦合振動(dòng)行為的影響規(guī)律，并提出這3種典型輪軌傷損的養(yǎng)護(hù)維修策略。
　　(6)應(yīng)用有軌電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型，系統(tǒng)研究了